JP4676261B2 - ホールを具備する対向電極を含む液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特にパターニングされた対向電極を有する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は一般的に画素電極と対向電極間に液晶を注入して、前記画素電極と前記対向電極間に電界を形成して液晶の配列を変更させる。前記液晶の変更された配列は光の透過率を調節して調節した光の透過率は画像を形成する。

このような液晶表示装置の一つで応答速度が速くて視野角特性が優秀なＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）型液晶表示装置がある。このようなＯＣＢ型液晶表示装置は画素電極、下部配向膜、対向電極、上部配向膜及び誘電率異方性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ；△ε）が陽であるネマティック液晶を具備する液晶層を含む。前記下部配向膜と前記上部配向膜は同一な方向にラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）されて前記液晶はスプレー（ｓｐｌａｙ）配列を有する。このようなＯＣＢ型液晶表示装置に画像を形成するためには先に前記画素電極と前記対向電極間に高電界を形成する。前記高電界は前記液晶層の中央に位置した液晶の傾斜角を９０゜に作って液晶をベンド（ｂｅｎｄ）配列になるようにする。これをベンド転移（ｂｅｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）という。続いて、前記画素電極と前記対向電極間に所定電圧を印加して前記配向膜に隣接した液晶と前記中央に位置した液晶を除外したのこり液晶の傾斜角変化を誘導する。これで、前記液晶層を通過する光の偏光を変調して画像を形成する。

このような液晶表示装置が複数個の画素を具備する時、鮮明な画質を具現するためには前記複数個の画素に位置する液晶のほとんど大部分はベンド転移されなければならない。しかし、これのためには相当時間が必要となって、時々ベンド転移されない画素が存在することがある。これを解決するために、前記ベンド転移のために印加する電圧を増加させるがこれは消費電力の増加を誘発することがある。

このような問題を解決するために、下記特許文献１（日本公開特許特開２００３−１４０１９４号）のように画素電極が凹部または凸部を有する液晶表示装置を開示したものがある。しかし、画素電極にこのような凹部または凸部を形成することは開口領域の減少を誘発することになり、言い換えると前記画素電極のうち表示に有効な面積の減少を招き易くなる。
日本公開特許特開２００３−１４０１９４号

本発明が解決しようとする技術的課題は前記従来技術の問題点を解決するためのものであって、ベンド転移時間を減らして、ベンド転移電圧を低くめることができる液晶表示装置を提供することにある。

前記技術的課題を達成するために本発明の一解決手段として提供される液晶表示装置は、下部基板と；前記下部基板上に位置する画素電極と；前記下部基板上部に位置して前記下部基板に対向する対向面を有する上部基板と；前記上部基板の対向面上に位置して、ホールを具備する対向電極と；前記画素電極と前記対向電極との間に位置する液晶層とを含み、前記一つの画素電極と重なるホールは複数個であることを特徴とする。

上述したように本発明によると、開口領域の減少なしにベンド転移時間及びベンド転移電圧を減少させることができる。

以下、本発明をさらに具体的に説明するために本発明による望ましい実施形態を添付した図面を参照してさらに詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されなくて他の形態に具体化されることができる。図面において、層が異なる層または基板“上”にあると言及される場合にそれは他の層または基板上に直接形成されることができたりまたはそれら間に第３の層が介在されることができる。明細書全体にかけて同一な参照番号は同一な構成要素を示す。

図１は本発明の一実施形態による液晶表示装置を示した斜視図で、下部基板と上部基板を同時に示した図面である。

図１を参照すると、下部基板１００上に画素電極１５０が位置する。前記下部基板１００上に一方向に複数個の走査線１０６と前記各走査線１０６に交差する複数個のデータ線１２７が位置することができる。その結果、前記走査線１０６と前記データ線１２７の交差により単位画素領域が定義される。この場合、前記画素電極１５０は前記各単位画素領域すなわち、前記走査線１０６と前記データ線１２７の交差地点に位置する。

前記各単位画素領域には前記走査線１０６の制御によりスイッチングされて前記データ線１２７に印加された電圧を前記画素電極１５０に印加する薄膜トランジスタが位置する。前記薄膜トランジスタは前記走査線１０６から突出したゲート電極１０５、前記ゲート電極１０５上に位置して前記ゲート電極１０５と重なる半導体層１２０、前記データ線１２７から突出して前記半導体層１２０の一側端部に接続するソース電極１２６及び前記半導体層１２０の他側端部に接続して画素電極１５０に接続するドレイン電極１２５を具備する。

前記画素電極１５０下部に前記画素電極１５０を横切る補助キャパシター下部電極（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｂｏｔｔｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１０が位置することができる。前記補助キャパシター下部電極１１０は前記走査線１０６と平行するように位置することができる。前記補助キャパシター下部電極１１０と前記画素電極１５０はストレージキャパシターを形成する。前記ストレージキャパシターは非選択期間の間画素情報を維持する役割をする。

前記下部基板１００の上部に前記下部基板１００と対向する対向面を有する上部基板５００が位置する。前記上部基板の対向面上にホール５３０ａを具備する対向電極５３０が位置する。前記ホール５３０ａは前記画素電極１５０と重なることができる。ひいては、前記ホール５３０ａは前記補助キャパシター下部電極１１０と重なることができる。

図２は図１の切断線Ｉ−Ｉ’に沿って取られた液晶表示装置及びその製造方法を示した断面図である。

図１及び図２を参照すると、下部基板１００上にゲート導電膜を積層して、前記ゲート導電膜をパターニングして走査線１０６、前記走査線１０６から突出したゲート電極１０５及び前記走査線１０６と所定間隔離隔されて前記走査線１０６に平行した補助キャパシター下部電極１１０を形成する。前記走査線１０６、前記補助キャパシター下部電極１１０及び前記ゲート電極１０５上にゲート絶縁膜１１５を形成する。前記ゲート絶縁膜１１５上に非晶質シリコーン膜を積層して、前記非晶質シリコーン膜をパターニングして前記ゲート電極１０５と重なる半導体層１２０を形成する。

続いて、前記半導体層１２０が形成された基板上にソース／ドレイン導電膜を形成して、前記ソース／ドレイン導電膜をパターニングする。その結果、データ線１２７、前記データ線１２７から突出して前記半導体層１２０の一側端部に接続するソース電極１２６及び前記半導体層１２０の他側端部に接続するドレイン電極１２５を形成する。前記ゲート電極１０５、前記半導体層１２０及び前記ソース／ドレイン電極１２５、１２６は薄膜トランジスタを形成する。

前記ソース／ドレイン電極１２５、１２６上に保護膜１６０を形成する。前記保護膜１６０をパターニングして前記ドレイン電極１２５の所定領域を露出させるコンタクトホールを形成する。前記保護膜１６０上に画素導電膜を形成して、前記画素導電膜をパターニングして前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極１２５と接続する画素電極１５０を形成する。続いて、前記画素電極１５０を含む下部基板全面に下部配向膜１７０を形成する。

前記下部配向膜１７０を一方向（Ｒｂ）にラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）する。前記ラビング工程は前記下部配向膜１７０を水平配向処理しながら、所定のプレチルト角（ｐｒｅｔｉｌｔ ａｎｇｌｅ）を有するようにする。

一方、上部基板５００を準備して、前記上部基板５００上に遮光幕パターン５１０を形成する。前記遮光幕パターン５１０は前記下部基板１００の前記薄膜トランジスタ、前記データ線１２７及び前記走査線１０６が形成された領域を遮蔽させる。したがって、前記遮光幕パターン５１０は前記上部基板５００の前記画素電極１５０に対応する部分を露出させる。前記露出した上部基板５００上にカラーフィルター層５１５を形成する。

前記カラーフィルター層５１５上に対向導電膜を積層して、前記対向導電膜をパターニングしてホール５３０ａを具備する対向電極５３０を形成する。前記ホール５３０ａは前記画素電極１５０と重なることができる。ひいては、前記ホール５３０ａは前記補助キャパシター下部電極１１０と重なることができる。

前記ホール５３０ａを具備する対向電極５３０上に上部配向膜５５０を形成して、前記上部配向膜５５０を前記下部配向膜１７０と同一な方向（Ｒｔ）にラビングする。前記ラビング工程は前記上部配向膜５５０を水平配向処理しながら、所定のプレチルト角（ｐｒｅｔｉｌｔ ａｎｇｌｅ）を有するようにする。

続いて、前記下部基板１００と前記上部基板５００が一定間隔を維持するようにして合着して(或いは重ね合わせ)、前記下部基板１００と前記上部基板５００間に液晶を注入して液晶層６００を形成する。前記液晶はネマティック液晶として誘電率異方性が陽であることが望ましい。前記液晶層６００内の液晶のうち、前記下部配向膜１７０及び前記上部配向膜５５０に隣接した液晶は前記配向処理された配向膜の配向規制力（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ）により前記ラビング方向（Ｒｂ、Ｒｔ）に所定のプレチルト角を有しながら前記基板面に対して水平に配列される。そして、前記液晶層６００の中央に位置した液晶は前記上部基板５００及び前記下部基板１００にほとんど平行に配列される。したがって、前記液晶層６００内の液晶はスプレー（ｓｐｌａｙ）配列を有するようになる。

前記液晶表示装置は前記下部基板１００下部に白色光を放出するバックライト７００を具備することができる。このような液晶表示装置は前記カラーフィルター層５１５を用いてカラーイメージを具現することができる。

これとは違って、前記下部基板１００下部に赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のバックライト７００が位置することができる。この場合、前記カラーフィルター層５１５は省略することができる。このような液晶表示装置をフィールド順次駆動方式液晶表示装置（ｆｉｅｌｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ＬＣＤ；ＦＳ−ＬＣＤ）と言うが、これは前記赤色、緑色及び青色の光を一つの単位画素に位置した液晶を介して時分割的に順次ディスプレーすることによって、目の残像効果を利用してカラーイメージをディスプレーする。これは顕著に応答速度が速くて動映像(動画)を具現するのに適している。

図３−１及び図３−２は図２に現われた液晶表示装置のベンド転移を説明するための断面図である。

図３−１を参照すると、対向電極５３０及び画素電極１５０に電圧を印加して前記対向電極５３０及び前記画素電極１５０が所定の電圧差、 すなわち初期転移電圧Ｖｔを有するようにする。その結果、前記対向電極５３０及び前記画素電極１５０間に電界３００ａ、３００ｂ、３００ｃが形成される。詳細には前記対向電極５３０の面及び前記画素電極１５０の面が向い合う部分には垂直方向の直線に電界３００ａが形成される。しかし、前記画素電極１５０のエッジ部と前記対向電極５３０間及び前記対向電極５３０のエッジ部と前記画素電極１５０間には垂直方向でありながら曲がった形態を有する電界３００ｂ、３００ｃが形成される。このような電極１５０、５３０エッジ部での電界の歪みは前記電極１５０、５３０エッジ部に隣接した液晶をスプレー配列からベンド配列にさらに速く転移させることができる。結果的に、前記電極１５０、５３０エッジ部で転移核をさらに速く形成することができる。

図３−２を参照すると、前記電極エッジ部１５０、５３０に形成された液晶のベンド配列すなわち、転移核から残りの領域にベンド転移が伝播される。したがって、全体液晶層６００に位置した液晶がベンド配列に転移される。言い換えると、初期転移電圧Ｖｔを印加した時、前記画素電極１５０のエッジ部及び前記対向電極５３０のエッジ部から転移核が生成されて、前記生成された転移核から全体液晶層６００にベンド転移が伝播される（例えば図４中にしめされた矢印を参照）。

前記対向電極５３０が具備するホール５３０ａは対向電極５３０のエッジ部を増加させる役割をする。したがって、前記対向電極５３０にホール５３０ａを形成することによって、初期転移電圧Ｖｔを印加した時、ベンド転移された液晶すなわち、転移核の形成を増加させることができる。結果的に、ベンド転移を液晶層６００全体に伝播させる時間すなわち、転移時間を減少させることができて、ひいては転移電圧も減少させることができる。

前記ホール５３０ａは前記画素電極１５０と重なることができる。これで、電界が歪曲された部分をさらに多く形成して転移核をさらに多く形成することができる。ひいては、前記ホール５３０ａは前記補助キャパシター下部電極１１０と重なることができる。これで、開口領域の減少なく転移核を増加させることができる。言い換えると、前記各１画素電極の各全領域当たりの表示に有効な領域の面積比率を減少させることなく転移核の増加が得られる。

以後、前記画素電極１５０と前記対向電極５３０間の電圧差は前記ベンド配列を維持するための臨界電圧（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）より高い電圧に維持される。続いて、前記電圧差を高くすれば前記配向膜１７０、５５０に隣接した液晶と前記液晶層６００の中央に位置した液晶を除外したのこりの液晶の傾斜角は増加して、前記電圧差を低くすれば傾斜角は減少する。これで、前記液晶層を過ぎる光の偏光を変調して画像を形成する。前記液晶の傾斜角の変化は非常に迅速で速い応答速度特性を具現することができる。このような方式の液晶表示装置をＯＣＢ型液晶表示装置という。このようなＯＣＢ型液晶表示装置はさらに速い応答速度を具現するためにフィールド順次駆動方式で駆動されることが望ましい。

図４乃至７は対向電極に形成されたホールのいろいろな形態を示した平面図である。

図４を参照すると、ホール５３０ａは画素電極１５０を横切るように形成される。すなわち、前記画素電極１５０と重なる対向電極５３０のエッジ部は２方向にだけ形成されるので、ベンド転移を均一に伝播することができる。

図５を参照すると、ホール５３０ａ_１は図４と同様の形態に形成されるが、画素電極１５０_１と重なる対向電極５３０_１のエッジ部が多少増える。

図６及び図７を参照すると、一つの画素電極１５０_２、１５０_３と重なるホール５３０ａ_２、５３０ａ_３の個数は複数個である。これで、前記画素電極１５０_２、１５０_３と重なる対向電極５３０_２、５３０_３のエッジ部を増加させることができる。なお、図６の各ホールは矩形状であり、図７の各ホールはほぼ楕円状となっている。

このように、画素電極と重なる対向電極のエッジ部を増加させることはさらに多くの転移核の生成を誘発して転移時間を減少させることができて、ひいては転移電圧も減少させることができる。

本発明の一実施形態による液晶表示装置を示した斜視図であって、下部基板と上部基板を同時に示した図面である。 図１の切断線Ｉ−Ｉ’に沿って取られた液晶表示装置及びその製造方法を示した断面図である。 図２に現われた液晶表示装置のベンド転移を説明するための断面図である。 図２に現われた液晶表示装置のベンド転移を説明するための断面図である。 対向電極に形成されたホールのいろいろな形態を示した平面図である。 対向電極に形成されたホールのいろいろな形態を示した平面図である。 対向電極に形成されたホールのいろいろな形態を示した平面図である。 対向電極に形成されたホールのいろいろな形態を示した平面図である。

符号の説明

１００：下部基板
１１０：補助キャパシター下部電極
１５０：画素電極
５００：上部基板
５３０：対向電極
５３０ａ：ホール

Claims (8)

1. 下部基板と；
   前記下部基板上に位置する画素電極と；
   前記下部基板上部に位置して前記下部基板に対向する対向面を有する上部基板と；
   前記上部基板の対向面上に位置して、前記画素電極毎に各画素電極と重なる複数個のホールを具備する対向電極と；
   前記画素電極と前記対向電極との間に位置する液晶層と；
   前記画素電極下部に位置する補助キャパシター下部電極と；
   を含み、
   前記複数個のホールは前記液晶層を挟んで前記画素電極及び前記補助キャパシター下部電極と重なることを特徴とするＯＣＢ型液晶表示装置。
2. 前記画素電極上に位置する下部配向膜及び前記対向電極上に位置する上部配向膜をさらに含み、前記下部配向膜及び前記上部配向膜は同じ方向にラビングされたことを特徴とする請求項１に記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
3. 前記液晶層は誘電率異方性が陽であるネマティック液晶を具備することを特徴とする請求項１に記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
4. 走査線とデータ線をさらに含んで、前記画素電極は前記走査線と前記データ線の交差地点に位置することを特徴とする請求項１に記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
5. 前記下部基板下部に位置する赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のバックライトをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＯＣＢ型液晶表示装置。
6. 下部基板上に画素電極を形成し、上部基板上に前記画素電極毎に各画素電極と重なる複数個のホールを具備する対向電極を形成し、前記上部基板と前記下部基板を前記対向電極が前記下部基板に向くように合着し、前記上部基板と前記下部基板間に液晶を注入して液晶層を形成することを含み、
   前記画素電極を形成する前に、前記下部基板上に前記画素電極と重なる補助キャパシター下部電極をさらに形成して、前記ホールは前記液晶層を挟んで前記画素電極及び前記補助キャパシター下部電極と重なるように形成することを特徴とするＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法。
7. 前記画素電極上に下部配向膜を形成した後、前記下部配向膜を一方向にラビングして、前記対向電極上に上部配向膜を形成した後、前記上部配向膜を前記下部配向膜のラビング方向と同一な方向にラビングすることをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法。
8. 前記液晶は誘電率異方性が陽であるネマティック液晶であることを特徴とする請求項６に記載のＯＣＢ型液晶表示装置の製造方法。

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